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No es novedad escuchar que la tecnologaavanza rpidamente, y este
dicho, en el
mundo 3D, est lejos de ser una excepcin. Quien no haya jugado
aun videojuego en los ltimos dos aos se sorprender muchsimo al ver
cunto
han cambiado. Y es que el mercado de los videojuegos mueve
enormes sumas dedinero, y estas cifras justifican inversiones
gigantescas en desarrollo de tecnologa relacionada.
En 1992 salieron al mercado Wlfestein 3D y Alone in the Dark,
dos exponentes de ttulos en tresdimensiones que marcaran el
comienzo de una poca. Claro que aquellos juegos distan mucho de lo
quepodemos encontrar hoy en da en las consolas de ltima generacin,
pero experimentar la sensacin que nos otorgaban haca evidente que
la era de los juegos 2D estaba llegando a su fin.Desde el punto de
vista tcnico, un juego 3D (si bien comparte muchas de las
caractersticas de uno 2D) es un mundo nuevo, especialmente en el
apartado grfico. Los personajes ya no son sprites sino
modelosconformados por polgonos y recubiertos de texturas; los
escenarios dejaron de ser mapas armados a partirde pequeos bitmaps,
y ahora son autnticas y complejas mallas usualmente ordenadas por
algoritmos departicionamiento espacial como el BSP (Binary Space
Partitioning); y muchos elementos nuevos entran enescena, como
luces, materiales, sistemas de partculas 3D, etc.En esta nota,
introduciremos algunos de los conceptos ms importantes que maneja
la tecnologa 3D y veremossu aplicacin al desarrollo de videojuegos.
Tambin analizaremos cules son los dispositivos que hoy se
puedenencontrar en el mercado y cules son las consolas de
videojuegos que anhelaremos en unos pocos meses.Pero, para
lograrlo, vamos a ver un poco cmo fue avanzando este mercado,
sumergindonos en la historiareciente de los adaptadores de
video.
Diego Ruiz | [email protected]
24 POWERUSR
-
Escribir un byte en ella significaba modificar el color deun
pixel en nuestro monitor.Luego, los dispositivos de video
comenzaron a ganar in-teligencia, fruto de la necesidad de crear
aplicaciones ca-da vez ms complejas (principalmente, juegos).
Dejaronde ser estpidos esclavos que slo lean una porcin desu
memoria para generar la seal correspondiente por elpuerto de salida
al monitor.Comenzaba la era de las placas aceleradoras 3D. Se
denomi-naron vagamente aceleradoras, debido a que implementa-ban en
mayor o menor medida operaciones en hardwareque, clsicamente, se
hacan por software, razn por la cuallas aplicaciones 3D se
ejecutaban con ms velocidad.
EL INICIO DE LA ERA 3DEn estas pginas pretendemos remitirnos ms
a las genera-ciones y arquitecturas de dispositivos que a los
modelos es-pecficos que cada empresa saca al mercado cada seis
me-ses. Sin embargo, existen hitos que son marcados especfi-camente
por una u otra firma, y que no pueden quedar almargen. Un ejemplo
de lo expresado es el caso de la difuntacompaa 3Dfx Interactive
(ver recuadro).La primera generacin de procesadores de video
inteligentesconsisti en la implementacin de un grupo de
operacionesprefijadas por medio de las cuales se procesaba una
serie devrtices que luego finalizaran representando polgonos
enpantalla, materia prima de todo objeto 3D.Dicha inteligencia fue
vendida comercialmente a los usua-rios finales por parte de NVIDIA
bajo el nombre motor detransformacin e iluminacin (Transformation
and Lighting),ms conocida popularmente por su abreviatura, TnL.Para
comprender un poco mejor cmo funciona este tipode dispositivos, es
conveniente introducir el modo en que
POWERUSR 25
P L ACA S D E V I D E O
uando las computadoras personales irrumpieronen el mercado, el
adaptador ms popular era elMDA (un fabricante muy popular de aquel
enton-
ces era la empresa Hercules), un dispositivo que ofrecauna
resolucin de 720x350 y era monocromtico.Luego, lleg el momento del
color. Al comienzo, con dis-positivos modestos como el clsico CGA
(Color GraphicsAdapter), que brindaba tan slo cuatro colores con
unaresolucin de 320x200 (alcanzaba 640x480 en modo mo-nocromtico).
Y tras l, el dispositivo EGA (EnhancedGraphics Adapter), que ofreca
16 colores en una ya de-cente resolucin de 640x350.Sin embargo,
muchas personas conocieron el color yacon el popular VGA (Video
Graphics Adapter) y sus con-secuentes mejoradas versiones (SVGA,
XGA, SXGA, etc.).El adaptador VGA ofreca 256 colores en resolucin
de320x200; el SVGA (Super Video Graphics Adapter), porsu parte,
dependa de la cantidad de memoria que poseala placa. A partir de
este punto, ingresamos en la historiareciente de las placas de
video.
LA MEMORIA DE VIDEOCuando las placas SVGA eran las ms populares
dentrode nuestros flamantes gabinetes mini tower, la caracte-rstica
ms importante del dispositivo era la cantidad dememoria que posea.
A mayor memoria, mayor cantidadde colores y mayor resolucin para
deleitarnos la vista.Con 1 MB de RAM en nuestra placa de video,
podamosllegar a una resolucin de 1024x768 con profundidad de256
colores y ser el orgullo (nerd) de la cuadra. En aquelentonces, la
memoria de video se utilizaba exclusiva-mente como video buffer, es
decir que era una represen-tacin lgica de lo que se vea en
pantalla.
UN POCO DE HISTORIALA IMPORTANCIA DE LAS PLACAS DE VIDEO EN
NUESTRAS COMPUTADORAS SE HA IDO INCREMENTANDO CON ELPASO DEL
TIEMPO. EN UN PRINCIPIO, LAS MEJORAS ESTABAN RELACIONADAS CON LA
CANTIDAD DE COLORESQUE PODIA OFRECER EL DISPOSITIVO Y/O CON LA
RESOLUCION. SIN EMBARGO, POCO A POCO, ESTOS ELEMENTOSFUERON
ADQUIRIENDO MAYOR FUNCIONALIDAD Y SE HAN HECHO FUNDAMENTALES PARA
LOS JUEGOS.
C
ATARI 2600: PROGRAMAR SIN VIDEO BUFFER
La consola de juegos ms popular de Atari fue la gloriosa Atari
2600. Una de las razonesde su xito fue su bajo costo de fabricacin.
En aquella poca, la memoria era muycara, y disponer de un video
buffer en la consola incrementabanotablemente su precio. El total
de memoria con que contaba elsistema para dibujar en pantalla era
suficiente slo parados lneas de video. Los programadores
debaningenirselas para escribir, de modo sincronizado, elbarrido
vertical, y as crear en pantalla la imagen que eljuego necesitara
en cada momento. La consola Atari 2600tena un procesador 6507 de 8
bits (1,19 MHz), 128 bytes de RAM,4 KB mximos de ROM, una resolucin
en pantalla de 192x160pixeles y 16 colores (4 simultneos en
pantalla). El primer modelosali a la calle en 1978, y el ltimo el
Atari 2600 Jr., en 1986 (aunquerecientemente se lanz, para los
nostlgicos, una pequea consolita Atari2600 dentro de su clsico
joystick con diez juegos incluidos).
LA VCS (VIDEOCOMPUTER SYSTEM)
ATARI 2600.
-
PLACAS DE ULTIMA GENERACIONCaracterstica NVIDIA 6800 ULTRA ATI
RADEON X850 PEInterfaz de memoria 256 bits 256 bitsCantidad de
memoria 512 MB 256 MBTipo de memoria GDDR3 GDDR3Velocidad memorias
1,1 GHz 1,1 GHzVelocidad core 400 MHz 540 MHzFill rate 6,4
Gpixels/s 8,6 Gpixels/sVrtices por segundo 600 MT/s 810 MT/sRAMDAC
400 MHz 400 MHzCantidad de pipelines 16 16Cantidad de transistores
222 millones 160 millonesVertex shader model 3.0 2.0Pixel shader
model 3.0 2.0Tipo interfaz AGP / PCIE AGP / PCIEMax. resolucin
2048x1536 2048x1536
26 POWERUSR
3DFX INTERACTIVE
3Dfx Interactive fue una empresadedicada al desarrollo de
dispositivosde video 3D. Signo del tiempo en elque vivimos, fue un
ejemplo notorio delo efmero que es el xito; muchos nola vieron
venir. Se form en el ao1994, y en 1998 ya era duea casi totaldel
mercado de aceleradoras 3D.Lo curioso del caso es que 3Dfx, en
unprincipio, ofreca un dispositivo queera un complemento para el
adaptadorde video principal del sistema. Por lotanto, una PC con
los modelos deplacas Voodoo Graphics o Voodoo2requera una placa de
videoconvencional para realizar el trabajoen escritorio de Windows.
Adems,slo aceleraba aplicaciones enpantalla completa que hicieran
uso desu API de programacin (Glide) yofreca una profundidad de
colores denicamente 16 bits.Aun as, 3Dfx Interactive se convirtien
el lder del mercado y entr en la
fase ms compleja: mantenerse en lacresta de la ola.A mediados de
1999 sac al mercadoel modelo Voodoo3, que arremetacontra la mayor
cantidad de defectosque se les poda achacar a los
modelosanteriores, pero ya no estaba solo:NVIDIA poco a poco se
converta enuna espada de Damocles y,silenciosamente, ganaba mercado
consus productos TNT y, luego, TNT2.La Voodoo3 vendi relativamente
bien,pero no tanto como se esperaba. 3Dfxintent recuperarse con una
nuevafamilia de productos: Voodoo4 yVoodoo5. Pero en aquel
momento,NVIDIA haba finalizado su flamanteGeForce: la suerte estaba
echada.3Dfx Interactive tom malasdecisiones estratgicas y tuvo
atrasosconsiderables en el lanzamiento desus ltimos modelos.
Finalmente, en2000 fue comprada por NVIDIA, con locual finaliz su
ciclo de vida.
end). Para esto lanzan diversos modelosque se ajusten a la
necesidad y el bolsi-llo de cada usuario.En el mercado high end, el
modelo devanguardia de NVIDIA es la serie GeForce 6800 (teniendo
como mayorexponente la versin Ultra), mientras que
ATI ofrece su lnea RADEON X850 (cuyotope es la poderosa XT
Platinum Edition).Si bien no es objeto de este artculo espe-cificar
con gran detalle los modelos deestos fabricantes, en la tabla de
estapgina podemos ver las opciones de me-jor rendimiento propuestas
por ambos.
trabajan las libreras 3D ms popula-res, como es el caso de
OpenGL yDirect3D, ya que stas se desarrollanparalelamente al
hardware, a talpunto que en algunos no es fcil de-terminar cul
empuja a cul. De estohablaremos en las prximas pginas.
PLACAS DE VIDEO DE ULTIMA GENERACIONTanto la gigante
californiana NVIDIAcomo el contendiente canadiense ATITechnologies
se encuentran compi-tiendo ferozmente por liderar el mer-cado de
los dispositivos de video. Porun lado, esto es bueno para
nosotros,ya que existe una mejora continua, ysin pausa, de la
tecnologa grfica.Por otro lado, dicha competencia mu-chas veces
evita un desarrollo defondo de los nuevos dispositivos: conla
necesidad de salir en pocos mesescon un producto ms veloz que
elcompetidor, simplemente se busca porfuerza bruta aumentar la
cantidad deprocesamiento del dispositivo, au-mentando la frecuencia
de clock dela GPU y/o aumentando la velocidada la cual trabajan las
memorias, locual significa mayor consumo, mscalor, mayor tamao de
placa, etc.Ambas empresas diferencian a losmercados de alto
desempeo (highend) de aquellos ms modestos (low
EN ESTA FOTO SE PUEDEOBSERVAR LA CLASICA TARJETADE VIDEO 3DFX
VOODOO3 3000.
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28 POWERUSR
DE POLIGONOS Y VERTICES
C O M O S E FO R M A N L A S I M AG E N E S
uando estamos jugando un juego3D de computadora o consola,
todolo que vemos en escena son objetos
formados por polgonos (ms especfica-mente, tringulos), los
cuales, a su vez, seencuentran formados por vrtices.Cada vrtice de
un objeto en particular(por ejemplo, un personaje del juego)
estdefinido en un espacio local a dicho obje-to; es decir que posee
un centro (0, 0, 0)relativo a s mismo e independiente delorigen del
mundo donde finalmente serinmerso. Como es posible inferir,
existeuna conversin de un espacio a otro quealguien debe realizar;
al mismo tiempo,todos los vrtices debern ser reorientadosdentro de
una escena para que sta seavisualizada desde un punto en
particular(como si se tratara del ojo de una cma-ra). Entonces, se
definen ciertos linea-mientos con los cuales se procesarn
losvrtices y se facilitar la operacin conellos en los usos ms
comunes.El pipeline prefijado establece (como sepuede apreciar en
la figura de la pgina30) una serie de operaciones que se reali-zarn
sobre cada vrtice entrante (de cadatringulo, de cada objeto del
juego).
ETAPA 1: PROCESAMIENTO DE VERTICESEl pipeline se alimenta de
vrtices. Cadauno es convertido en coordenadas ho-mogneas para,
luego, poder ser multi-plicado por tres matrices: la matriz
demundo, la de vista y la de proyeccin.Luego, la coordenada
resultante es rees-calada en funcin del punto de visuali-zacin
especificado (en general, la pan-talla completa o la ventana que
estamosutilizando como objetivo para el dibuja-do) y, en caso de
quedar fuera del reade visualizacin, es eliminada. Finalmente, el
vrtice es transferido alproceso de rasterizacin, donde ser
di-bujado en pantalla.
La matriz de mundo: la primera ma-triz de mundo se utiliza para
colocar elobjeto en la escena 3D. Realiza unatransformacin que va
del espacio del
modelo al espacio del mundo en el cualtrabajamos. La
transformacin de mun-do puede incluir traslaciones, rotacionesy
escalamientos.
La matriz de vista: esta segunda matrizreubica todos los objetos
en funcin deun punto de visualizacin especificado.
La matriz de proyeccin: especifica,principalmente, la escala y
la perspecti-va adoptadas. Esta matriz determinar,tambin, cunto
vemos de la escena, esdecir, el volumen de visualizacin.
Es importante entender que el uso dematrices es un recurso
matemtico crea-do para simplificar la manipulacin devrtices. Con
ellas es muy sencillo mo-dificar la posicin, la orientacin y
laescala de stos.Una vez que el vrtice ha sido procesa-do, si se
mantiene dentro del volumende visualizacin predefinido, pasar auna
segunda etapa: la rasterizacin.
ETAPA 2: LA RASTERIZACIONEn la rasterizacin se pintan los
vrti-ces, y para hacerlo se utiliza una ecua-cin en la cual
participan varios elemen-tos, como el color del vrtice, las lucesde
la escena que lo afectan, la normalque especifica el vrtice en
cuestin y elmaterial activo que corresponda. Luego,se rellena todo
el tringulo, realizandouna interpolacin de los colores de
cadavrtice que lo conforman.Un objeto 3D tambin puede estar
cu-bierto por una textura, que es, bsica-mente, un mapa de bits con
ciertas pro-piedades. Las texturas, para poder seraplicadas a la
geometra, deben estarcargadas en memoria de video. De estemodo, ya
no son slo utilizadas comovideo buffer. Este uso secundario es,hoy
en da, la principal razn para optarpor tarjetas de mayor memoria:
una pla-ca de video con ms memoria podr al-bergar ms texturas, y de
mejor calidad.Las placas de ltima generacin poseen256 MB o 512 MB
de memoria de video,
NUNCA SE PREGUNTARON COMO ES QUE SE PROCESAN LAS IMAGENES EN LA
COMPUTADORA? LA GENERACIONDE UN MUNDO 3D EN UNA PANTALLA
BIDIMENSIONAL COMO LA DEL MONITOR IMPLICA LA APLICACION DEDISTINTAS
TECNICAS REALIZADAS DIRECTAMENTE POR LA PLACA DE VIDEO. AQUI
VEREMOS COMO FUNCIONAN.
C
MODELO FORMADO CON VERTICESQUE ESPECIFICAN COORDENADASDE
TEXTURA.
EL MISMO MODELO DE LAIZQUIERDA, PERO YA CON UNATEXTURA
APLICADA.
-
29POWERUSR
cifra que es el promedio, al da de hoy, dela memoria principal
en nuestros equipos.Pero si bien el proceso de iluminar vrti-ces
por hardware fue un gran avance, alpoco tiempo dej de ser
suficiente. Seprecisaba una flexibilidad mayor, pero...cmo saber qu
operaciones implemen-tar en una GPU, si las necesidades po-dran ser
distintas? Pues permitiendo quecada desarrollador escribiera el
programaque manipulara los vrtices a su gusto.Por ejemplo, cmo
podramos imple-mentar que un conjunto de vrtices semoviera dentro
de un rango de posicio-nes en funcin del tiempo? Utilizando
elpipeline prefijado, deberamos modificarel valor de cada vrtice
antes de ingresaren l, o modificar la matriz de mundopor cada
vrtice que tuviera un valor es-pecfico. Ambos mtodos son
factiblespero poco eficientes, pues requieren unuso notable de la
CPU. Mejor sera poderhacer la cuenta del clculo del desplaza-miento
de la posicin de cada vrtice enel pipeline y, mejor an, liberar a
la CPUde dicho clculo.El pipeline programable nos permite
es-pecificar (mediante un lenguaje especia-lizado para tal fin) un
programa que
procese el vrtice en funcin de sus ne-cesidades. Estos pequeos
programas re-ciben el nombre de shaders; ms espec-ficamente, cuando
trabajan con vrtices,vertex shaders, y cuando lo hacen conpixeles,
pixel shaders.
PIXEL Y VERTEX SHADERSLos dispositivos de video con pixel
yvertex shaders son moneda corriente enel mercado de las placas de
video actua-les; casi todos los juegos AAA modernoshacen uso de
esta caracterstica de algnmodo, y hasta algunos,
recientemente,comenzaron a exigir que esta caracters-tica estuviera
presente para poder iniciarsu ejecucin.La caracterstica bsica de
esta nuevatecnologa consiste en una GPU progra-mable. Con los
vertex shaders es posible
especificar un pequeo programa que to-me al vrtice entrante y lo
manipule a sugusto. De este modo, se pueden efectuarclculos
aritmticos arbitrarios tomandocomo materia prima vrtices (en el
casode vertex shaders) y pixeles (en el casode pixel shaders).La
versin 9.0c de DirectX permite utilizarla versin 3.0 del set de
instrucciones depixel y vertex shaders. En ella se incorporamayor
cantidad de instrucciones aritmti-cas, mayor cantidad de registros
y mayorcantidad mxima de instrucciones porprograma que en versiones
anteriores.DirectX 9 puede emular el uso de vertexshaders cuando el
hardware necesario noest presente, mediante una capa de emu-lacin
va software. Claro que lo hace conuna performance notablemente
inferior ala implementacin en GPU.
VERTEX SHADERS: REGISTROS DE ENTRADARegistro Descripcin Cantidad
en VS 1.1 Cantidad en VS 2.0 Cantidad en VS 2.xa0 Direccionamiento
1 1 1c# Constante (tipo float) 96 (como mnimo) 256 (como mnimo) 256
(como mnimo)v# Entrada 16 16 16r# Temporal 12 12 12 (como mnimo)b#
Constante (tipo bool) - 16 16i# Constante (tipo int) - 16 16aL
Contador de bucle - 1 1p0 Predicado - - 1
VERTEX SHADERS: REGISTROS DE SALIDARegistro Descripcin Cantidad
en VS 1.1 Cantidad en VS 2.0 Cantidad en VS 2.xoPos Posicin 1 1
1oFog Niebla 1 1 1oPts Tamao punto 1 1 1oD# Color 2 (difuso y
especular) 2 (difuso y especular) 2 (difuso y especular)oT#
Coordenadas de textura 8 8 8
DirectX 8.0: primer soporte a pixel y vertex shaders. Se
soportaron las versiones 1.0 y 1.1 de pixel shader, y las versiones
1.0 y 1.1 de vertex shader.
DirectX 8.1: no hubo cambios en vertex shaders. Se agreg soporte
para versiones1.2, 1.3 y 1.4 para pixel shaders.
DirectX 9.0: se agreg soporte para pixel y vertex shaders 2.0.
DirectX 9.0c: se agreg soporte para pixel y vertex shaders 3.0.
* Nota: En la versin 3.0 de VS los registros de salida son 12 y
son generales; se dej de lado la especificacin del tipo, y ahora el
sistema es ms flexible y pueden utilizarse segn conveniencia.
VERSIONES DE SHADERS EN DIRECTX
-
EL PIPELINE COMPLETO
30 POWERUSR
os vertex shaders operan sobrevrtices o, mejor dicho, la
salidade la operacin de un vertex
shaders es un vrtice en formato homo-gneo, listo para ser
enviado a la etapade clipping y reescalado.Un vertex shader no
puede crear ni des-truir geometra (no puede crear vrtices nitampoco
puede eliminarlos). Opera con unvrtice a la vez y puede manipular
la geo-metra existente modificando propiedadesdel vrtice
manipulado.Un pixel shader especifica el color en unpixel;
usualmente, recibe como entradacoordenadas de textura.Existe cierta
independencia en el uso depixel o vertex shaders. Por lo general,
losvertex shaders hacen modificaciones en lageometra, como ciertas
transformacionespara crear efectos especficos (como pe-queas olas
en el agua), mientras que lospixel shaders se utilizan,
principalmente,para realizar clculos arbitrarios de ilumi-nacin
(como la iluminacin por pixelestan frecuente en los juegos
actuales, comoDoom 3 y Far Cry).
VERTEX SHADERSLos vertex shaders podran reemplazar almotor de
transformacin e iluminacinprefijado que exista en el pipeline
tradi-cional utilizado por OpenGL o Direct3D.Nuestra aplicacin
podra utilizar ambospara distintos vrtices, pero no para elmismo,
ya que se excluyen mutuamente(ver figura del pipeline completo).
Debidoa que los vertex shaders reemplazan al
motor TnL, se infiere que deberan produ-cir la misma salida; en
otras palabras, elvertex shader recibir un vrtice y deberentregar
un vrtice, en una relacin es-tricta de uno a uno; no podr cambiar
lacantidad final de vrtices.La entrada a un vertex shader es uno
oms vrtices e informacin de estados delpipeline (existen estados de
renderizacinque pueden modificar el modo en que seproduce la
salida). La salida es la posicinen espacio de recorte (clipping) y
el restode la informacin usual del vrtice enfuncin de su formato
(color, coordenadasde textura, etc.).
ARQUITECTURA DE LOS VERTEX SHADERSEl vertex shader es un
programa que to-mar como entrada un vrtice, y dejara la salida:
Un vrtice en espacio de recorte Un color de vrtice (en funcin
del formato de vrtice) Coordenadas de texturas (en funcindel
formato de vrtice) Intensidad de niebla (opcionalmente) Tamao de
punto (en funcin del for-mato de vrtice)
Como mnimo, el programa del shaderdeber tomar el vrtice y
realizar unatransformacin que lo lleve de espaciolocal a espacio de
recorte. Luego, el vr-tice contendr informacin opcional queestar de
acuerdo con el formato de vr-
LOS SHADERSO P E R A D O R E S P R O G R A M A B L E S
tice y el estado de renderizacin.Veamos slo un poco de cdigo de
unvertex shader que realice esta operacinmnima:
dp4 oPos.x, v0, c0dp4 oPos.y, v0, c1dp4 oPos.z, v0, c2dp4
oPos.w, v0, c3
En este caso, hemos empleado lenguajeensamblador de la GPU, y
no, HLSL.Quienes conozcan algo de ensambladorpara cualquier
microprocesador notarnuna sintaxis familiar: un mnemnico
re-presentando la operacin por realizar, uncomponente sobre el cual
se realiza laoperacin (en este caso, componentes deun registro de
salida) y luego argumen-tos de la operacin.
dp4: operacin por realizar, significaproducto punto de cuatro
componentes. oPos: registro de salida del vrtice (esun vector de
cuatro componentes) v0: registro de entrada, desde donde to-mamos
el vrtice con el cual trabajamos. c0..c3: constantes (vectores de
cuatrocomponentes cada una de ellas).
Esquematizando la operacin, lo que he-mos hecho es lo que se
puede apreciar enla figura de la pgina siguiente. Es decir,hemos
multiplicado el vrtice entrante poruna matriz construida a partir
de cuatrovectores constantes. La salida fue coloca-da en un
registro de salida.
SIEMPRE HABLAMOS DE LOS SHADERS Y DE SU IMPORTANCIA EN LAS
TARJETAS DE VIDEO ACTUALES.LO QUE NUNCA COMENTAMOS ES COMO SE
COMPONEN INTERNAMENTE Y DE QUE MANERA LOSUTILIZAN LOS PROGRAMADORES
DE JUEGOS PARA CREAR SUS MARAVILLAS. EN ESTAS PAGINAS NOSMETEREMOS
DENTRO DE LOS PIXEL Y VERTEX SHADERS, Y LOS MOSTRAREMOS EN
DETALLE.
L
Frame bufferblending
Primitiva deteselacin de
alto nivel
Informacin devrtices
Vertex shader
Motor deiluminacin y
transformacin(TnL)
Recorte yreescalado
Pixel shader
Multitexturadode DirectX 6/7
Blending deniebla
Testeo deAlpha, Stencil y
Depth
-
REGISTROS DE ENTRADA, TEMPORALES Y DE SALIDA,QUE SE PUEDEN
UTILIZAR EN UN VERTEX SHADER.
REGISTROS DE ENTRADA, TEMPORALES Y DE SALIDAQUE PUEDEN
UTILIZARSE EN UN PIXEL SHADER.
PIXEL SHADERVERTEX SHADER
La interfaz ms general de las dos es la de vertex shaders.
Pormedio de ella, el programador podr usar instrucciones
paraespecificar las operaciones que realizar el dispositivo de
videocon los vrtices entrantes.La interfaz de pixel shaders es un
poco ms complicada y po-see ciertas restricciones que hay que tener
en cuenta. La msimportante es que los pixel shaders slo pueden
ejecutarse enun hardware que los soporte; por lo tanto, si deseamos
crearjuegos que utilicen esta funcionalidad y que, al mismo
tiempo,funcionen en equipos no programables, deberemos realizar
msde un flujo de ejecucin.Hasta el momento, para hacer uso de estas
facilidades el progra-mador deba escribir el cdigo en el lenguaje
ensamblador de laplaca de video sobre un procesador de textos.
Naturalmente (y co-mo era de esperar), comenzaron a implementarse
herramientas queayudan al programador en esta tarea: entornos que
facilitan lacreacin de efectos y lenguajes de alto nivel que luego
son tradu-cidos al lenguaje ensamblador de la placa de video en
cuestin.
PROGRAMACION EN ENSAMBLADOREn una poca, los juegos se
programaban en lenguaje ensambla-dor. Este lenguaje consiste en
instrucciones de procesador de ba-jo nivel, que luego se traducen
en cdigo binario y, finalmente,son ejecutadas por el
microprocesador. Programar directamenteen el lenguaje que entiende
la mquina posee muchas ventajas:tendremos control absoluto del modo
en que se administran losregistros (posiciones de memoria que se
pueden leer y escribirde manera muy veloz, porque son locales al
microprocesador).La gran desventaja es que programar en ensamblador
es compli-cado. Veamos un programa sencillo en este lenguaje:
mov AX, algn_nmero ; asigna un nmero cualquiera al registro
AX
cmp AX, 5 ; compara el contenido del registro AX con el nmero
5
je true ; si la comparacin fue existosa salta a la etiqueta
true
mov CX, 2 ; asigna el nmero 2 al registro CX
PIXEL SHADERSLos pixels shaders reemplazan las operaciones de
multitextura-do fijas del pipeline prefijado. Para entender mejor
cmo fun-cionan los pixels shaders hay que comprender el modo de
fun-cionamiento dual que posee el pipeline de texturas.
Tradicio-nalmente, dos caminos corren en paralelo manejando
operacio-nes de color (vector pipe) y alpha (escalar pipe). El
resultado deestas operaciones se mezcla al final, y termina en la
especifica-cin de un color con componente alpha.Dentro del pixel
shader se pueden realizar operaciones aritmti-cas (con valores de
coordenadas de texturas) y operaciones contexturas (haciendo uso de
una coordenada de textura). De todosmodos, ms all de la operacin
realizada, la salida debe seruna estructura de color con
componentes RGBA (Red, Green,Blue, Alpha: Rojo, Verde, Azul y
Alpha).
ARQUITECTURA DE LOS PIXEL SHADERSUn pixel shader toma un color
como entrada, una textura decoordenada (o ms) y una textura activa,
y produce un valorRGBA de salida. Es posible ignorar los estados de
etapas detexturas que estn fijados. De hecho, es posible ignorar
lascoordenadas de texturas especificadas y fijar el color de
mane-ra arbitraria. Lo que podr cambiar el color fijador de lo
queveremos en pantalla ser el estado del render state relacionadoa
la niebla (recordemos que blending de niebla es una etapaposterior
al pixel shader).Por lo general, un programa de pixel shaders es ms
pequeoque uno de vertex shaders, simplemente, debido a las
operacio-nes que suelen entrar en juego.
HLSLLos dispositivos de video programables que existen hoy son
lasGeForce#3 y superiores (exceptuando la GeForce#4 MX), y lasATI
Radeon 8500 y superiores.Sin embargo, la capacidad de programacin
de todas estas pla-cas est fuertemente relacionada con el modo por
el cual se ac-cede a estas funcionalidades, por medio de la
interfaz de vertexshaders y pixel shaders de DirectX 8 (DX8) y
DirectX 9 (DX9).
31POWERUSR
r0 t0Etapa 0
Etapa 1
Etapa 2
Etapa 3
t1
t2
t3
r0
r1
c0
c1
c7
v15
Unidad deprocesamiento
de pxeles
registros de salida pixel de salida
registrostemporales
registros de vrtices
registrostemporales constantes
constantes
registro dedirecciones
(VS 1.1 ysuperiores)
v0 v1
c95
c1
c0
a0
oToDn
r11
r1 Unidad deprocesamiento
de vrtices
v0
-
32 POWERUSR
jmp end ; salta a la etiqueta endtrue: mov CX, 1 ; asigna el
nmero 1 al registro CXend:
El mismo programa, en lenguaje C, se escribira del siguiente
modo:
a = algn_nmero; // asigno un nmero cualquiera a la variable
a
if (a == 5 // es igual a 5?b = 1; // asigno el nmero 1 a la
variable bb = 2; // asigno el nmero 2 a la variable b
Naturalmente, el cdigo escrito en C es mucho ms legible queel
escrito en cdigo ensamblador. De hecho, el cdigo ensam-blador
requiere de una documentacin mucho ms precisa, yaque entender cul
es el propsito de un trozo de cdigo, sin es-tar contextualizado en
el problema, resulta muy complicado.Otra ventaja de C es que el
lenguaje no est atado a ningnmicroprocesador en particular. Existe
un compilador que se en-carga de realizar dicha tarea. Por lo
tanto, podemos escribir c-digo C y luego recompilarlo en distintas
plataformas.
HIGH-LEVEL SHADER LANGUAGESSe podra decir que HLSL es al
ensamblador de los VS/PS (ver-tex shaders/pixel shaders) lo que el
lenguaje C es al ensambla-dor de la CPU. Veamos qu cdigo de VS se
requiere para reali-zar una transformacin de vrtices sencilla:
mov r0, c0 ; copia el registro constante c0 al temporal r0mov
r1, v2 ; copia el registro entrante v2 al temporal r1dp3 r2, r0, r1
; realiza un dot product entre los registros r0
y r1 y coloca el resultado en r2mov r3, c1 ; copia registro
constante c1 al temporal r3 max r0, r2, r3 ; clampea valor de r0 al
mximo entre r2 y r3mov oD0, r0 ; escribe |en registro de salida de
color oD0 el
valor del registro temporal r0
Con HLSL, en cambio, deberamos escribir:
float4 lightdirection = constant[0]; OUT.Diffuse =
max(dp3(IN.Normal, lightdirection), 0 );
Nuevamente, el lenguaje de alto nivel permite realizar las
mis-mas operaciones en menos pasos, mantener la legibilidad
enniveles razonables y desprenderse de caractersticas especficasdel
hardware. Claro que en lo que respecta a la legibilidad, elproblema
se reduce un poco debido a que los programas deVS/PS no suelen
poseer muchas lneas de cdigo.Lo que se debe tener en cuenta es que,
a pesar de estar realizandouna programacin en un nivel ms alto, las
limitaciones de hard-ware siguen existiendo. En versiones de VS
inferiores a la 2, lacantidad de instrucciones mxima y la cantidad
de registros pue-den ser un inconveniente; adems, no existen
instrucciones decontrol de flujo de ejecucin (condicionales,
bucles, etc.).
Si estamos codificando en ensamblador de Vertex
Shader/PixelShader, usualmente estaremos ms en contacto con las
limita-ciones de hardware, ya que la programacin est
estrechamenterelacionada a las caractersticas del dispositivo.
Codificando enalto nivel, estas limitaciones podran saltearse e
incurrir fcil-mente en errores de programacin. El lado negativo es
similar al existente en la programacin tra-dicional en alto nivel
contra la programacin en ensambladorde CPU, y es la optimizacin. Un
compilador podr traducirnuestro cdigo no de la mejor manera
posible, cuando una mul-tiplicacin y una adicin expresada en HLSL
podran ser tradu-cidas a instrucciones de multiplicacin (mul) y
adicin (add) in-dependientes o, tal vez, a una sola instruccin que
realizaraambos procesos en una sola operacin (mad). Esta situacin
re-dundar en mayor uso de GPU del necesario y, finalmente, enmenor
cantidad de cuadros por segundo para nuestro juego.
RENDERMONKEYRenderMonkey es una aplicacin creada por la compaa
disea-dora de procesadores grficos ATI Technologies que puede
des-cargarse libremente desde el sitio oficial. Es importante
destacarque no es un lenguaje, como suele pensarse comnmente,
sinouna herramienta pensada para ayudar a los artistas y/o
progra-madores a crear shaders.Si alguien desea crear un shader y
verlo en accin, debercrear un framework que realice la carga de la
geometra, textu-ras, pase las constantes al shader, etc. Todo este
trabajo es rea-lizado por RenderMonkey, por lo que quien quiera
crear unefecto deber concentrarse solamente en su programacin
espe-cfica del vertex y pixel shader, y no, en aplicaciones
auxilia-res. Adems, la aplicacin permite modificar elementos
viendosu consecuencia en tiempo real.Si quieren obtener ms
informacin respecto a RenderMonkey,recomiendo visitar
www.ati.com/developer/rendermonkey.
EN ESTA CAPTURA DE PANTALLA VEMOS A RENDERMONKEY,LA HERRAMIENTA
PARA CREAR SHADERS, EN ACCION.
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34 POWERUSR
E L F U T U R O C E R CA N O
to a la placa de video que poseer laPlayStation 3, NVIDIA anunci
en di-ciembre de 2004 que firm un acuerdocon Sony para encargarse
de desarrollarla nueva GPU de la consola, que poseeruna variante de
la tercera generacin desus aceleradoras grficas.
XBOX 360La nueva consola de Microsoft utilizartres
microprocesadores IBM PowerPC co-rriendo a 3,2 GHz, cada uno con
dos hilosde ejecucin, 32 KB de cach L1 de datosy 32 KB de
instrucciones; los tres compar-tirn una cach de 1 MB del tipo L2.La
consola poseer 512 MB RAM del tipoGDDR3, y el disco rgido ahora ser
unopcional (recordemos que la primera Xboxinclua disco duro,
caracterstica que incre-mentaba el peso, el ruido, el consumo y
elcosto del sistema). Este disco ser fcil-mente desmontable para
poder ser trasla-dado a la consola de un amigo con losjuegos
almacenados en l y, en principio,se ofrecer con 20 GB de
capacidad.El avance de las partidas tambin podrser almacenado en
tarjetas de memoriaque van de 64 MB a 1 GB.La placa de video que
poseer la consolaya no ser NVIDIA sino ATI, corriendo a500 MHz con
10 MB integrados de DRAM.Los controles de juego sern
inalmbricos
LAS CONSOLAS DE JUEGOS DE PROXIMA GENERACION
LA PLAYSTATION 3? NO! UN CLASICODISEO FALSO DE LOS VARIOS
QUECIRCULAN POR LA RED.
ESPECIALMENTE EN NORTEAMERICA, LAS CONSOLAS DE JUEGOS SON MAS
POPULARES QUE LAS PC, NO SOLO PORSU PODER DE PROCESAMIENTO, SINO
TAMBIEN POR SU ECONOMIA Y COMODIDAD. POR ESO, CON EL ADVENIMIENTODE
LAS NUEVAS CONSOLAS, NO PODIAMOS DEJAR DE MENCIONAR LO QUE SE VIENE
EN ESTE AMBITO
l mercado de las consolas de jue-gos mueve muchsimo dinero.
Porlo tanto, no debera sorprendernos
la importancia que le brindan a esta uni-dad de negocio las
principales empresasque dominan el mercado (Sony, Micro-soft y
Nintendo). Slo en el ao 2004 sevendieron un total de 25 millones
deconsolas en todo el mundo.Las consolas siempre se han
caracteriza-do por ser muy avanzadas tecnolgica-mente, al menos
cuando son lanzadas almercado. En un principio, los grficosson
increbles, mucho mejores de lo quepuede verse en el mundo de las
PCs. Pe-ro luego, los nuevos modelos de CPU yGPU que se ofrecen
como partes inde-pendientes para computadoras alcanzany superan
holgadamente a las consolas.Debido a que el ciclo de vida de
unaconsola de juegos es de alrededor de cin-co aos, podramos
establecer que lasconsolas actuales ya son piezas antiguas.Este ao
en particular presenciaremos ellanzamiento de una nueva generacin
deconsolas. Cuando esta revista se encuen-tre en los kioscos,
Microsoft ya habrpresentado internacionalmente la nuevaXbox 360 en
un programa especial emi-tido por el canal MTV. Una semana des-pus,
Sony har lo propio en la exposi-cin de entretenimiento electrnico
msimportante del mundo (E3), introducien-do lo que ser la
PlayStation 3.Mucho se ha escrito
en distintos sitios de la red respecto aestos nuevos y
extraordinarios juguetestecnolgicos. Tambin se vieron
muchosposibles diseos de ellos, aunque casitodos eran fakes
(falsos).Las noticias verdaderas se mezclan conlas falsas, y hasta
el sitio ms creble sehace eco de rumores cuando no hay su-ficiente
informacin para presentar y laexpectativa es grande. Por lo pronto,
pa-semos en limpio la informacin oficialque se maneja para las
consolas de nue-va generacin ms importantes.
PS3 Y SU EXTRAORDINARIO CEREBROSony, Toshiba e IBM han estado
trabajan-do de manera mancomunada para crear loque ser el nuevo
microprocesador de laconsola PlayStation 3, que, adems, ten-dr otra
infinidad de usos.Su nombre es Cell y ya se oficializaronvarias de
sus caractersticas. El micropro-cesador correr a 4,6 GHz, lo cual
no espoco teniendo en cuenta lo difcil que leest resultando a Intel
sobrepasar la ba-rrera de los 4 GHz para su familia de
pro-cesadores. Estar compuesto por 234 mi-llones de transistores,
casi el doble de lacantidad que componen los ltimos proce-sadores
Intel Pentium 4. En la prximaedicin podremos encontrar un
artculomuy completo que analiza esta autntica
maravilla de la computacin.Por otro lado, respec-
E
XBOX, LA PRIMERACONSOLA DE MICROSOFT.
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36
(hasta cuatro por consola), aunque tam-bin se permitir la
conexin de controlescon cable. Poseer tres puertos USB 2.0 yuna
unidad de DVD dual layer (y no untipo de unidad de nueva generacin
comoBlu-Ray como se haba especulado en unprincipio); los formatos
soportados sernDVD-video, DVD-ROM, DVD-R, DVD-RW,CD-DA, CD-ROM,
CD-R, CD-RW, WMACD, MP3 CD y JPEG Photo CD.En resumen, las
especificaciones de lanueva consola de Microsoft no sorpren-dieron
demasiado a quienes venan si-guindole la pista, ya que,
bsicamente,eran las que se rumoreaban. Por otro la-do, le empresa
no innova demasiado enninguna caracterstica tcnica de hard-ware, y
aunque es cierto que tres micro-procesadores PowerPC es bastante
mspoder de CPU que el que posee la PC deun gamer, es mucho menos de
lo queofrecer la nueva consola de Sony.
NINTENDO REVOLUTIONDe la nueva consola de Nintendo es dela que
menos informacin oficial existe.A ciencia cierta, slo se conocen
algunosdatos emitidos por el presidente de la fir-ma, Satoru
Iwata.Lo que est claro es que la consola in-tentar revolucionar la
experiencia ga-ming por medio del modo de controlar eljuego.
Existieron rumores que no fue-ron confirmados respecto a que el
con-trol incluira un touch pad configurable
para facilitar el manejo de tiposde juegos no muy populares alda
de hoy en las consolas (porejemplo, juegos que en la PCsse suelen
manejar con mouse,como los de estrategia y los deaccin en primera
persona).Respecto a esto, Satoru Iwataprefiri guardar silencio, ya
queargument que las interfaces deusuario pueden ser imitadas
f-cilmente por los competidores.La realidad es que Nintendo
Ga-meCube ha vendido menos de loplaneado, al menos en el
mundooccidental, y muchos pronosti-can que Revolution ser la
pr-xima DreamCast (consola de SEGA que fue discontinuada porvender
menos unidades de lasesperadas). Sin embargo, habrque darle crdito
a Nintendo,que hace ya muchos aos se en-cuentra en este rubro y ha
de-mostrado, de sobrada manera,que sabe cmo manejarse ensituaciones
adversas.
ASI SE VE LA CONSOLA XBOX 360 DE MICROSOFT.
GLOSARIO DE TERMINOS
API (Application Programming Interface):Interfaz definida por un
programa o librerapor medio de la cual es posible acceder alas
funcionalidades que implementa.
Direct3D: Subsistema de DirectX,encargado de crear grficos en 3D
entiempo real y de un modo eficiente.
DirectX: Conjunto de componentesdesarrollado por Microsoft para
serutilizado en la creacin de juegos yaplicaciones multimedia de
altodesempeo. Haciendo uso de estaherramienta, podremos crear
grficos 2D y 3D; sonidos, msica y efectos; yaplicaciones de red,
como los juegosmultijugador, adems de manejardispositivos de
entrada como teclado,mouse, joystick, volante, gamepad, etc.
E3 (Electronic Entertainment Expo):Exposicin anual de
entretenimientoelectrnico realizada exclusivamente paramedios
periodsticos, que se lleva a caboen los Estados Unidos. En este
evento sesuelen presentar las novedades msimportantes del ao en
materia de juegos y hardware relacionado.
GPU (Graphics Processing Unit): Nombre que se le otorga
almicroprocesador de la placa de video.
HLSL (High-Level Shader Language):Lenguaje de alto nivel que
permiteespecificar el programa (shader) queejecutar una GPU
programable. Dichoprograma tambin podra ser escrito enlenguaje
ensamblador (del GPU), pero estosuele ser ms complejo y se
relaciona msfuertemente a una arquitectura especfica.
Juegos AAA: Juegos que fueron creadoscon un gran presupuesto y
poseen altacalidad de produccin. Se distribuyen demanera masiva por
los canales de ventatradicionales (mostrador, pre-venta) a unprecio
superior a U$S 40 (por ejemplo, Half-Life 2, Doom 3, Far Cry, The
Sims).
OpenGL: Librera grfica 3D creada porSilicon Graphics
Incorporated (SGI). Hoy enda es un estndar abierto de la
industria.
EL LIBRO DE PASES ESTA ABIERTO
Recordemos que NVIDIAfue la encargada dedesarrollar la GPU de
laprimera consola deMicrosoft (Xbox). Microsofttambin est
desarrollandosu nueva consola, pero suGPU ya no ser de NVIDIAsino
de su competencia, ATI.
ESTA ES LA GAMECUBE DENINTENDO.
POWERUSR
